Elektrolytkondensator

Ein Elektrolytkondensator ist ein Kondensator, bei dem die dielektrische Schicht eine Metalloxidschicht auf der Anode ist und die Kathode der Elektrolyt ist. Das Ergebnis ist eine extrem große Kapazität mit relativ hoher Betriebsspannung, was die Popularität solcher Produkte verursacht.

Geschichte der Entstehung von Elektrolytkondensatoren

Die Wirkung der elektrochemischen Oxidation einer Reihe von Metallen wurde 1875 vom französischen Wissenschaftler Eugène Adrien Ducretet am Beispiel von Tantal, Niob, Zink, Mangan, Titan, Cadmium, Antimon, Bismut, Aluminium und anderen Materialien entdeckt. Die Essenz der Entdeckung: Wenn sie als Anode( positiver Pol der Stromquelle) eingeschaltet wird, wuchs eine Oxidschicht mit Ventileigenschaften auf der Oberfläche. In der Tat wird eine Ähnlichkeit der Schottky-Diode gebildet. In ausgewählten Arbeiten wird die Leitfähigkeit vom n-Typ dem Aluminiumoxid zugeschrieben.

Es stellt sich heraus, dass der Kontaktort gleichrichtende Eigenschaften hat. Nun ist es leicht, weiter anzunehmen, wenn wir uns an die Eigenschaften der Schottky-Barriere erinnern. Dies ist ein niedriger Spannungsabfall, wenn er in Vorwärtsrichtung eingeschaltet wird. Für Kondensatoren bedeutet niedrig einen beeindruckenden Wert. Bei der umgekehrten Einbeziehung von Elektrolytkondensatoren haben die Menschen von den Gefahren solcher Experimente gehört. Die Schottky-Barriere entwickelt erhöhte Leckströme, wodurch die Oxidschicht sofort abgebaut wird. Dem Tunnelausfall kommt eine bedeutende Rolle zu. Die fließende chemische Reaktion wird von der Freisetzung von Gasen begleitet, die sich negativ auswirkt. Theoretiker sagen, dass dieses Phänomen zu Hitze führt. Verschiedene Arten von

Der Name der Erfindung des Elektrolytkondensators ist 1896, als Karol Pollak am 14. Januar einen Antrag beim Frankfurter Patentamt stellte. An der Anode des Elektrolytkondensators wird also die Oxidschicht unter der Wirkung eines positiven Potentials aufgebaut. Das Verfahren wird als Formen bezeichnet, wobei die Entwicklung moderner Technologien Stunden und Tage dauert. Aus diesem Grund ist das Wachstum oder der Abbau der Oxidschicht während des Betriebs nicht wahrnehmbar. Elektrolytkondensatoren werden in elektrischen Schaltkreisen mit einer Frequenz von bis zu 30 kHz verwendet. Dies bedeutet, dass die Richtung des Stroms in Dutzenden Mikrosekunden geändert wird. Während dieser Zeit passiert nichts mit dem Oxidfilm.

In der russischen Praxis galt die industrielle Herstellung von Elektrolytkondensatoren zunächst als nicht wirtschaftlich. Wissenschaftliche Zeitschriften haben sogar überlegt, wie man die Produktion aufstellt. Zu diesen Notizen gehört ein Artikel von Mitkevich( Journal der Russischen Physikalisch-Chemischen Gesellschaft, Physik Nr. 34 für 1902).Der betreffende Elektrolytkondensator bestand aus einer flachen Aluminiumanode und zwei seitlich angeordneten Eisenkathoden. Das Design wurde in eine 6-8% ige Lösung von Backpulver gegeben. Das Umformen wurde mit einer konstanten Spannung( siehe unten) von 100 V bis zu einem Fehlerstrom von 100 mA durchgeführt.

Die ersten gravierenden Entwicklungen im Inlandbesitz von Kondensatoren mit flüssigem Elektrolyt beziehen sich auf das Jahr 1931 und wurden vom Labor von P. A. Ostroumov erstellt.

Die Fähigkeit von Ventilmetallen mit einem Oxidfilm, den Strom zu begradigen, variiert. Die Tantalqualität ist am stärksten ausgeprägt. Möglicherweise aufgrund von Tantalpentoxid, gekennzeichnet durch p-Leitfähigkeit. Infolgedessen führt eine Änderung der Polarität zur Bildung einer in Durchlassrichtung geschalteten Schottky-Diode. Durch die gezielte Elektrolytauswahl kann die degradierende Arbeitsschicht des Dielektrikums direkt im Prozess wiederhergestellt werden. Damit ist die historische Exkursion abgeschlossen.

Herstellung von Elektrolytkondensatoren

Metalle, deren Oxide durch gleichrichtende Eigenschaften gekennzeichnet sind, die analog zu Halbleiterdioden als Ventil bezeichnet werden. Es ist leicht zu vermuten, dass Oxidation zur Bildung eines Materials mit n-Leitfähigkeit führt. Dies wird als Hauptbedingung für das Vorhandensein eines Ventilmetalls angesehen. Von den oben genannten haben nur zwei deutlich ausgeprägte positive Eigenschaften:

1. Aluminium.
2. Tantal.

Der erste wird aufgrund der relativ geringen Kosten und Verbreitung in der Erdkruste viel häufiger eingesetzt. Tantal wird in extremen Fällen verwendet. Der Aufbau des Oxidfilms erfolgt auf zwei Arten:

• Die erste Methode besteht darin, einen konstanten Strom aufrechtzuerhalten. Im Zuge der Erhöhung der Dicke nimmt der Oxidwiderstand zu. Folglich ist während des Formens ein Rheostat in Reihe mit dem Kondensator in der Schaltung enthalten. Der Prozess wird durch den Spannungsabfall am Schottky-Übergang gesteuert. Gegebenenfalls wird der Shunt so eingestellt, dass die Parameter konstant bleiben. Im Anfangsstadium ist die Umformgeschwindigkeit konstant, dann tritt ein Wendepunkt mit einer Abnahme des Parameters auf, und nach einem bestimmten Intervall verläuft das weitere Wachstum des Oxidfilms so langsam, dass der technologische Zyklus als abgeschlossen betrachtet wird. Bei der ersten Biegung beginnt die Anode häufig zu zünden. Dementsprechend wird die anliegende Spannung analog genannt. An der zweiten Stelle steigt die Funkenbildung stark an, der weitere Formungsprozess ist unzweckmäßig. Und die zweite Kurve wird Maximalspannung genannt.
• Das zweite Verfahren zur Bildung der Oxidschicht wird reduziert, um eine konstante Spannung an der Anode aufrechtzuerhalten. In diesem Fall nimmt der Strom exponentiell ab. Die Spannung wird unterhalb der Zündspannung gewählt. Der Prozess geht zu einem Restvorwärtsstrom über, unter den der Pegel nicht mehr fällt. Dann endet das Formteil.

Die richtige Auswahl des Elektrolyts spielt im Formprozess eine große Rolle. In der Industrie läuft dies auf die Untersuchung der Wechselwirkung korrosiver Medien mit Aluminium hinaus:

1. Vertreter der ersten Gruppe von Elektrolyten, darunter Bor-, Zitronensäure und Borax, lösen Aluminium und Oxid fast nicht. Massiv bei der Herstellung von Elektrolytkondensatoren verwendet. Langes Gießen führt zu einem Spannungsabfall von bis zu 1500 V, der die Dicke der dielektrischen Schicht bestimmt.
   

   Hochspannungs-Elektrolytkondensatoren

2. Chromsäure, Schwefelsäure, Bernsteinsäure und Oxalsäure lösen Aluminiumoxid gut, beeinflussen jedoch nicht das Metall. Ein charakteristisches Merkmal des Formteils ist eine relativ dicke dielektrische Schicht. Darüber hinaus tritt bei weiterer Expansion keine signifikante Abnahme des Stroms oder Spannungsanstiegs auf. Mit einem solchen Prozess werden elektrische Kondensatoren mit relativ geringer Leistung( bis zu 60 V) gebildet. Hydrate und Salze der verwendeten Säure werden in porösen Strukturen mit Aluminiumoxid vermischt. Diese Prozesse können zu Schutzzwecken eingesetzt werden. Dann geht das Formen nach dem vorherigen Schema( der ersten Gruppe) vor und ist wie beschrieben fertiggestellt. Eine Schutzschicht aus Hydroxiden schützt das Oxid vor Zerstörung während des Betriebs.
3. Die dritte Gruppe von Elektrolyten besteht hauptsächlich aus Salzsäure. Diese Substanzen werden im Formprozess nicht verwendet, sie lösen Aluminium und seine Salze gut. Wird aber gerne zur Reinigung von Oberflächen verwendet.

Für Tantal und Niob fallen alle Elektrolyte unter die Einstufung der ersten Gruppe. Die Kapazität des Kondensators wird hauptsächlich durch die Spannung bestimmt, bei der das Formen abgeschlossen ist. In ähnlicher Weise werden mehrwertige Alkohole, Glycerin und Ethylenglykolsalze verwendet. Nicht alle Prozesse folgen dem oben beschriebenen Schema. Wenn zum Beispiel Aluminium in einer Lösung aus Schwefelsäure unter Verwendung des Gleichstromverfahrens geformt wird, werden die folgenden Abschnitte des Diagramms unterschieden:

1. Ein schneller Spannungsanstieg wird für einige Sekunden beobachtet.
2. Dann wurde bei gleicher Geschwindigkeit ein Abfall auf einen Wert von etwa 70% des Peaks beobachtet.
3. Während der dritten Stufe bildet sich eine dicke, poröse Oxidschicht, und die Belastung wächst extrem langsam.
4. Im vierten Abschnitt steigt die Spannung vor dem Auftreten eines Funkenausfalls stark an. Das Formen endet.

Viel hängt von der Technologie ab. Die Dicke der Schicht und damit die Betriebsspannung und die Haltbarkeit des Kondensators wird durch die Elektrolytkonzentration, die Temperatur und andere Parameter beeinflusst.

-Kondensator Elektrolytkondensator-Design

Die Platten sind normalerweise nicht flach. Für Elektrolytkondensatoren werden oftmals Spiralen in ein Rohr gerollt. Im Schnitt ähnelt es einer Tesla-Spule mit den daraus folgenden Konsequenzen. Dies bedeutet, dass der Kondensator einen erheblichen induktiven Widerstand aufweist, der in diesem Zusammenhang als parasitär gilt. Elektrolytgetränktes Papier oder Gewebe wird zwischen den Platten angeordnet. Der Körper besteht aus Aluminium - das Metall ist leicht mit einer Schutzschicht bedeckt, wird vom Elektrolyten nicht beeinflusst und entfernt die Wärme gut( denken Sie an die aktive Komponente des Widerstands der Anode).

Dies sind Trockenelektrolytkondensatoren. Ihr entscheidender Vorteil bei der mengenmäßigen Nutzung von Volumen. Es gibt keinen überschüssigen Elektrolyt, der bei gleicher elektrischer Kapazität Gewicht und Größe reduziert. Trotz des charakteristischen Namens ist der Elektrolyt nicht trocken, sondern viskos. Sie sind mit Dichtungen aus Stoff oder Papier imprägniert, die sich zwischen den Platten befinden. Aufgrund der Viskosität des Elektrolyts darf der Körper aus Kunststoff oder Papier bestehen, zum Abdichten wird ein Harzverschluss verwendet. Infolgedessen wird der technologische Zyklus der Herstellung von Produkten vereinfacht. Historisch erschienen später trockene Elektrolytspezies. In der häuslichen Praxis wurden die ersten Erwähnungen 1934 gemacht.

Am Ende von Fremdelektrolytkondensatoren befinden sich gekreuzte Kerben, durch die das Innenvolumen herausgedrückt wird. Dies ist im Falle eines Unfalls. Ein derart beschädigter Kondensator kann mit bloßem Auge leicht erkannt und rechtzeitig ausgetauscht werden, was die Reparatur beschleunigt. Die Aufprallmarkierung hilft, Unfälle und falsche Polarität zu vermeiden. An der Kathode wird beim Importieren ein weißer Streifen über die gesamte Höhe gezogen, mit Minuszeichen, und bei Hauskreuzen sind Kreuze( Pluspunkte) auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet.

Zur Erhöhung des Emissionsgrades ist die Körperfarbe dunkel. Ausnahmen von der Regel sind selten. Eine solche Maßnahme erhöht die Wärmeübertragung an die Umgebung. Wenn die Spannung am Arbeiter( Formteil) überschritten wird, steigt der Strom aufgrund der Ionisierung stark an, es entsteht ein starker Funkeneffekt an der Anode, eine dielektrische Schicht dringt teilweise ein. Die Folgen derartiger Phänomene lassen sich bei der Konstruktion und bei der als Kathode verwendeten Gehäuse leicht beseitigen: Kondensatoren mit flüssigem Elektrolyt nehmen relativ viel Platz ein, nehmen aber Wärme gut ab. Aber perfekt, wenn Sie mit niedrigen Frequenzen arbeiten. Was bewirkt die konkrete Verwendung als Filterstromversorgung( 50 Hz).

Diese zylindrischen Elektrolytkondensatoren sind nicht wie oben gezeigt ohne Papierlaschen angeordnet. In einigen Modellen spielt der Fall die Rolle einer Kathode, die Anode befindet sich im Inneren und kann beliebig geformt sein, so dass die maximale Nennkapazität gewährleistet ist. Durch mechanische Bearbeitung und chemisches Ätzen, die die Oberfläche der Elektrode vergrößern sollen, können die Parameter um eine Größenordnung angehoben werden. Das Design ist typisch für Modelle mit flüssigem Elektrolyt. Die Kapazität der betrachteten Struktur variiert, wenn die Industrie bei einer Betriebsspannung von 200 - 550 V zwischen 5 und 20 µF freigibt. Aufgrund der Erhöhung des Widerstandes des Elektrolyts mit abnehmender Temperatur werden Kondensatoren mit flüssigem Elektrolyt und Gehäuse als Kathoden hauptsächlich in einem warmen Mikroklima verwendet.